基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统.ppt

第四组,赵忠凯电机电器6100307154马文涛电机电器5801307055陶孙旺电机电器6100307080张宇卿电机电器6101106040材料成型及控制工程5901208118,基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统,该系统由一台变频器拖动多台水泵电机变频运行。压力传感器采样管网压力，压力信号经PID处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调解，保证管网压力恒定。,目前，对于高层住宅楼的给水系统设计，供水方式一般采用：恒速泵直接供水；恒速泵加水塔的供水；恒速泵加高位水箱的供水；恒速泵加气压罐供水；变频调速恒压供水,变频调速恒压供水系统是由压力传感器将压力信号转变为一定的电流或电压信号，在某压力下，当用水量增大时，管路压力下降，产生偏差，该信号被送入控制器进行处理，控制器产生一定的电信号控制变频器升频，水泵转速升高，供水增加，压力恢复。反之，用水量减少，工作机理同上所述。由于整个过程压力偏差较小，调节时间短，系统表现为恒压。,变频调速恒压供水技术不仅能够保证城市供水的稳定，而且可以节约能源。据统计若采用变频调速技术来改变流量，可节约20-50%。采用变频调速恒压供水系统和其他供水系统相比，具有水压稳定、维护方便、占地面积小、节约能源和减少对水泵机组设备的冲击等优点。,变频调速恒压供水系统,一、供水系统工作原理二、主要器件三、供水系统电气控制四、系统程序的设计（略）,供水系统工作原理,1、变频调速原理2、系统工作原理3、泵组状态转移原理4、泵组无主次切换原理,变频调速原理,水泵电机绝大部分是三相交流异步电动机，根据交流电机的转速特性，电机的转速n为：,系统工作原理,本系统有三套水泵电机组,分别为1#,2#和3#。该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，通过按钮，启动和停止水泵，该方式主要供设备调试、有故障和检修时使用。,系统工作原理,自动运行时，PLC采集传感器检测到的管网出口压力，与给定压力相比较，如小于给定压力，通过变频调节1#泵，使1#泵转速逐渐上升，若1#泵已达到额定转速，管网出口压力还小于给定压力，将1#泵接工频，2#泵接变频器，调节2#泵，使2#泵转速逐渐上升，若2#泵已达到额定转速，管网压力仍然小于给定压力，将2#泵接到工频，3#泵接变频器，调节3#泵，使3#泵转速逐渐上升，这就是顺序变频升速的调节过程。,系统工作原理,反之，若此时传感器检测到的管网压力大于给定压力，调节3#泵，使3#泵转速逐渐降低，若3#泵达到最低转速，管网压力还大于给定压力，将3#泵与变频器断开。将变频器升至50Hz，切断2#泵工频，同时2#泵接变频器，逐渐下调，若2#泵达到最低转速，管网压力仍大于给定压力，将2#泵与变频器断开，频率升至50Hz，切断1#泵工频，接变频器，逐渐向下调节，直至管网水压等于给定压力。这就是顺序变频降速的调节过程。,泵组状态转移原理,本系统有三套水泵电机组,考虑到便于维修,而又不影响系统正常供水,分别配置了三只选择开关对应三套泵组,开关状态决定相对应的泵组能否参与工作。在任何状态下任意投入或切出某一泵组,系统均能实现状态的平稳转移及泵组正常供水状态转移,如下图所示。,图3-1泵组状态转移图,泵组状态转移原理,考虑S4与S7之间的转换过程,设1#与2#均工作在工频上,若通过开关将3#切出或由于故障(如过热保护)3#被自动切出,则泵组由S7状态转为S4状态,这时由于1#,2#均工作在工频,系统自动将1#泵改为变频工作方式。若3#泵重新投入使用,则系统由S4转为S7状态。当水压正常时,仍维持1#工作于变频,2#工作于工频;当1#变频工作在额定转速而水压仍偏低时,则1#切换成工频方式,3#投入变频方式,此时三套泵组共同供水。其余状态转换过程与此类同。,泵组无主次切换原理,当允许多泵组共同供水时,考虑到避免出现某一泵组长期工作,而另一泵组工作时间很短的现象,提高泵组使用寿命,控制系统采用泵组不分主次,先投入者先切出,后投入者后切出的转换原则,使各泵组轮流工作且使用率均衡。系统上电投入运行时,首先用变频器启动1#泵组进行软起动,随着转速的增加,水压逐渐升高,若用水量大,变频工作在额定转速而水压达不到设定值,则将1#转为工频,2#投入变频方式。若此时用水量减少,则水压升高,变频器相应降低转速,当变频器低于一定转速而水压仍高于设定值,则将1#泵组从工频上切出。若此时用水量又上升,则2#变频也相应提高转速,当升至额定转速水压仍小于设定值,则将2#转为工频,3#投入变频方式,余者类推。,主要器件,1、水泵2、压力传感器3、可编程控制器（PLC）4、变频器5、PID调节器,可编程控制器（PLC）,可编程控制器（ProgrammableController）又简称为PC或PLC，是将逻辑运算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等控制程序，用一串指令形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制的装置。,变频器,变频器的基本构成如下图所示，其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。,变频器的原理,变频器可分为间接变频器和直接变频器两大类。问接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交直交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交交变频器。目前以间接变频器应用较为广泛。,PID调节器,PID控制是一种负反馈控制，它所组成的控制系统由PID控制器和被控对象组成，具有一般闭环反馈控制系统的结构，通过负反馈作用使被控系统趋于稳定。PID控制器综合了关于系统过去(I)、现在(P)和未来(D)三方面的信息。常规PID控制系统原理框图如图3-2所示。,图3-2PID控制系统原理,PID控制器各个部分的作用及其在控制中的调节规律如下：1、比例增益部分(P)用于保证控制量的输出含有与系统偏差成线性关系的分量，能够快速反应系统输出偏差的变化情况。由经典控制理论可知，比例环节不能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数的增大而减少，但比例系数过大将导致系统不稳定。,2、积分部分(I)表明控制器的输出不仅与输入控制的系统偏差的大小有关，还与偏差持续的时间有关，即与偏差对时间的积分成线性关系。只要偏差存在，控制就要发生改变，实现对被控对象的调节，直到系统偏差为零。因此积分作用主要是用来消除系统的静态偏差，提高精度，改善系统的静态特性。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。然而，单纯的积分作用速度太慢，无法及时对系统的偏差变化做出快速反应。,3、微分部分(D)可以对输入的变化趋势做出反应，即它的输入与输出的大小无关，但与输入量的导数成线性关系。它是用来控制被调量的振荡，减小超调量，使系统趋向稳定，减小调节时间，用来改善系统的动态特特性。由于微分环节在系统传递函数中引入了一个零点，如果使用不当会使系统不稳定。,PID的三种作用是各自独立的，互不影响的。改变一个调节参数，只影响一种调节作用，不会影响其他的调节作用。显然，对于大多数系统来说，单独使用上面任意一种控制规律都难以获得良好的控制性能。如果能将它们的作用作适当的配合，可以使调节器快速、平稳、准确的运行，从而获得满意的控制效果。一般来说，系统是使用它们的组合，如PI控制算法，PD控制算法和PID控制算法。,供水系统电气控制,1